อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี

04/10/54

อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี

โดย จิรฎฐ์ สุขใจเหลือ
ั
โรงเรียนแม่ใจวิทยาคม

เอกสารสาหรับเผยแพร่ วิชาเคมี ว.40223 ปี การศึกษา 2551

การเกิดปฏิกิริยาเคมี หมายถึงการที่สารตังต้ น
้
(reactant)เปลี่ ยนไปเป็ นสารใหม่ หรือสารผลิตภัณฑ์
(product)โดยปริมาณหรือความเข้ มข้ นของสารตัง ้
ต้ นจะลดลง แต่ ปริมาณหรือความเข้ มข้ นของสาร
ผลิตภัณฑ์ จะเพิ่มขึน้

จิรัฎฐ์ สุขใจเหลือ โรงเรียนแม่ ใจวิทยาคม

1

04/10/54


อัตราการเกิดปฏิกริยาเคมี หมายถึงการเปลียนแปลงความเข้ มข้ นของสารตั้งต้ น
ิ ่
หรือสารผลิตภัณฑ์ ต่อหน่ วยเวลา
A +B C +D
Mg(s) + 2HCl(aq) MgCl2(aq) + H2(g)
สารตั้งต้ นลดลง ผลิตภัณฑ์ เพิมขึน
่ ้


การทดลอง ปฏิกริยา Mg กับ HCl
ิ V (H2) Time (s)
1-2 20
2-3 40
3-4 65
4-5 86
5-6 109
6-7 134
Mg(s) + 2HCl(aq) MgCl2(aq) + H2(g)
7-8 164
Mg(s) + 2H+ (aq) Mg2+ (aq) + H2(g)
8-9 204
9-10 256


2

04/10/54

ิ V (H2) Time (s)
Mg(s) + 2HCl(aq) MgCl2(aq) + H2(g) 1-2 20
Mg(s) + 2H+ (aq) Mg2+ (aq) + H2(g) 2-3 40
3-4 65
* การเก็บแก็ส แต่ ละช่ วงใช้ เวลาเท่ ากันหรือไม่ 4-5 86
5-6 109
6-7 134
* นอกจากดูปริมาตรH2 แล้วดูอะไรได้ อกที่
ี
เปลียนแปลงได้บ้าง
่ 7-8 164
8-9 204
9-10 256


ิ
V (H2) Time (s)
Volume of Hydrogen gas
1-2 20
300 2-3 40
250
200 3-4 65
Time

150 Time (s)
100 4-5 86
50 5-6 109
0
6-7 134
1
2
3 cm
4
5
6 6 cm
7
8
9
-
-3 m
-
-
-
-
-
-
-

7-8 164
2

4
5

7
8
9
10
c

cm
cm

cm
cm
cm
cm

Volume
8-9 204
9-10 256


3

04/10/54

A +B C +D
Mg(s) + 2H+ (aq) Mg2+ (aq) + H2(g)

อัตราการเกิดปฏิกริยาเคมี = ปริมาณสารตั้งต้ นที่ลดลง
ิ เวลา
[A2]- [A1] [A]
อัตราการเกิดปฏิกริยาเคมี =
ิ =
t2 – t1 t
[B2]- [B1] [B]
ิ =
t2 – t1 t

สูตรติดลบ


A +B C +D
Mg(s) + 2H+ (aq) Mg2+ (aq) + H2(g)
ปริมาณสารผลิตภัณฑ์ ที่เกิดขึน
้
ิ เวลา

[C2]- [C1] [C]
ิ =
t2 – t1 t
[D2]- [D1] [D]
ิ =
t2 – t1 t

สูตรไม่ติดลบ


4

04/10/54


ชนิดของอัตราการเกิดปฏิกริยา
ิ

อัตราการเกิดปฏิกริยา
ิ
อัตราการเกิดปฏิกริยาเฉลีย
ิ ่
ณ ขณะใดขณะหนึง ่
(Average rate)
(Instantaneous rate)


[] อัตราการเกิดปฏิกิริยาเฉลี่ย(Average rate) หมายถึงปริ มาณของสาร
ผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นทั้งหมด หรื อปริ มาณของสารตั้งต้นที่ลดลงทั้งหมดต่อ
เวลาทั้งหมดที่ใช้ในการเกิดปฏิกิริยา

ปริ มาณสารผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นทั้งหมด
อัตราการเกิดปฏิกิริยาเฉลี่ย =
ปริ มาณสารตั้งต้นที่ลดลงทั้งหมด
อัตราการเกิดปฏิกิริยาเฉลี่ย =


5

04/10/54

อัตราการเกิดปฏิกริยาเคมี ณ ขณะใดขณะหนึง
ิ ่

• อัตราการเกิดปฏิกริยา ณ ขณะใด
ิ
ขณะหนึ่ง(Instantaneous rate)
หมายถึงปริมาณสารตั้งต้ นที่เกิดขึน ณ
้
ขณะใดขณะหนึ่ง หรือปริมาณสาร
ผลิตภัณฑ์ ที่ลดลง ณ ขณะใดขณะหนึ่ง
ต่ อเวลาที่ใช้ ในการเกิดปฏิกริยาในช่ วง
ิ
นั้น ซึ่งอัตราการเกิดปฏิกริยาชนิดนีหา
ิ ้
ได้จากค่าความชัน(slope)ของกราฟ


ตัวอย่าง 2N2O5(g) 4NO2 (g) + O2(g)
• ในช่วงเวลา 0 -100
Time (s) ความเข้ มข้ น ( mol/dm3)
และ 500 – 600 วินาที
N2O5 NO2 O2
อัตราการสลายตัว
0 0.0200 0.0000 0.0000
100 0.0169 0.0063 0.0016
ของแก๊ส N2O5 มีค่า
200 0.0142 0.0115 0.0029 เท่าใด
300 0.0120 0.0160 0.0040
400 0.0101 0.0197 0.0049 • ในช่วงเวลา 0 -100
500 0.0086 0.0229 0.0057 และ 500 – 600 วินาที
600 0.0072 0.0256 0.0064 อัตราการเกิดของแก๊ส
NO2 มีค่าเท่าใด


6

04/10/54





7

04/10/54

ั
กราฟแสดงความสมพ ันธ์ระหว่างความเข้มข ัน
ก ับเวลา

0.03
ความเข้มข ัน โมลาร์

0.025
0.02 N2O5
0.015 NO2 สารตั้งต้นลดลง
0.01 O2
0.005 ผลิตภัณฑ์เพิ่มขึ้น
0
0 100 200 300 400 500 600
เวาล วินาที


ั
กราฟแสดงความสมพ ันธ์ระหว่างความเข้มข ัน •ความชัน(slope)ของกราฟ
ก ับเวลา
y
Slope = x
0.03
ความเข้มข ัน โมลาร์

0.025
y 0.0087
0.02 N2O5 Slope = 250
0.015 x NO2
0.01
0.005
O2
Slope = 3. 5 x 10-5 mol/dm3.s
0
0 100 200 300 400 500 600
เวาล วินาที


8

04/10/54

aA + bB cC + dD
1 [A]
อัตราการเกิดปฏิกริยา(r) = อัตราการลดลงของสารA = - -
ิ
a t
1 [B]
= อัตราการลดลงของสารB = - -
b t
1 [C]
= อัตราการเกิดสารC = + -
c t
1 [D]
= อัตราการเกิดสารD = + -
d t


ตัวอย่าง ปฏิกริยาการเกิดแอมโมเนีย (Ammonia)
ิ
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
(a) ถ้าความเข้ มข้ นของ ammonia เพิมขึนด้ วยอัตราการเกิดเท่ากับ 0.024 mol L-1s-1 จงหา
่ ้
อัตราการหายไปของ H2
1 [H2] 1 [NH3]
r =- =
3 t 2 t
[H2] 3 [NH3]
=
t 2 t
3
= X 0.024 mol L-1s-1 = 0.036 mol L-1s-1
2

9

04/10/54

ทฤษฎีจลนศาสตร์ เคมี
ทฤษฎีจลนศาสตร์ เป็ นทฤษฎีทใช้ อธิบายการเกิดปฏิกริยาเคมีของสารตั้งแต่ 2 ชนิดขึนไป
ี่ ิ ้


ทฤษฎีการชน ทฤษฎีสารเชิงซ้ อนกัมมันต์
(Collision theory) (Activated-complex theory)


ทฤษฎีการชน(Collision theory)

ปฏิกริยาเคมีเกิดขึนได้ เมื่อ
ิ ้
•อนุภาคของสารตั้งต้ นจะต้ องชนกัน
•ทิศทางในการชนต้ องเหมาะสม
•พลังงานรวมในการชนต้ องเท่ากับ
พลังงานก่อกัมมันต์


10

04/10/54

ทฤษฎีการชน(Collision theory)

• ทิศทางในการชนทีเ่ หมาะสม
NO2+CO NO+CO2 NO+NO3 2NO2


พลังงานก่ อกัมมันต์ (Activation energy)

พลังงานก่ อกัมมันต์ หมายถึง
พลังงานตาทีสุดทีทาให้
่ ่ ่
EA เกิดปฏิกริยาเคมีได้
ิ


11

04/10/54

ทฤษฎีสารเชิงซ้ อนกัมมันต์ (Activated-complex theory)

• ทฤษฎีสารเชิงซ้อนกัมมันต์
เรี ยกอีกชื่อหนึ่งว่า ทฤษฎี
สภาวะแทรนซิชน(Transition
ั
state theory) เมื่ออนุภาคของ
สารตั้งต้นชนกันจะเกิดสารที่
ไม่เสถียรและมีพลังงานสูง
เรี ยกว่าสารเชิงซ้อนกัมมันต์
(Activated complex)


พลังงานกับการดาเนินไปของปฏิกริยาเคมี
ิ

ปฏิกริยาคายพลังงาน
ิ
ปฏิกิริยาที่ผลิตภัณฑ์มี
พลังงานต่ากว่าสารตั้งต้น
E1 + E2 = EA

E3 – E1 = -  E

ผลิตภัณฑ์ จะมีพลังงานตากว่ าสารตั้งต้ น
่

12

04/10/54

พลังงานกับการดาเนินไปของปฏิกริยาเคมี
ิ

ปฏิกริยาดูดพลังงาน
ิ
ปฏิกิริยาที่ผลิตภัณฑ์มี
พลังงานสูงกว่าสารตั้งต้น
E1 + E2 = EA

E3 – E1 =  E

ผลิตภัณฑ์ จะมีพลังงานสู งกว่ าสารตั้งต้ น

กลไกของปฏิกริยา(Reaction mechanism)
ิ
• กลไกของปฏิกิริยา หมายถึงลาดับขั้นย่อยของปฏิกิริยา และเรี ยกสมการ
ย่อยแต่ละสมการที่แทนปฏิกิริยาว่า กระบวนการปฐม(Elementary process)
หรื อปฏิกิริยาปฐม(Elementary reaction)
•ขั้นกาหนดอัตรา(Rate determining step) หมายถึงกระบวนการปฐมที่เกิดช้า
ที่สุดของกลไกปฏิกิริยา
•สารมัธยันตร์ (Intermediate) หมายถึงสารที่เกิดขึ้นระหว่างที่ปฏิกิริยาดาเนิน
ไป แต่ไม่ปรากฎสารนี้ในสมการรวมของปฏิกิริยา


13

04/10/54

กลไกของปฏิกริยา(Reaction mechanism)
ิ
NO2 + CO CO2 + NO
มีข้ นตอนการเกิดดังนี้
ั
ขั้นที่1 NO2 + NO2 NO3 + NO …..เกิดช้า
ขั้นที่2 NO3 + CO NO2 + CO2 …..เกิดเร็ว
Rate determining step คือ ขั้นที่1
Intermediate คือ NO3


 พลังงานกับปฏิกริยาเคมีหลายขั้นตอน
ิ
E4

พลังงา E3
Ea2
น (E) Ea3 Ea4
E2
X
Ea1
E1 B
A E
E5

การดาเนินไปของปฏิกริยา A
ิ B


14

04/10/54

ิ
ิ

-H

NOH3 เป็ น Intermediate


ิ
ิ

-H

N2O2 เป็ น Intermediate


15

04/10/54

ิ
ิ

-H

Cl และ COCl เป็ น Intermediate


ปัจจัยที่มีผลต่ ออัตราการเกิดปฏิกริยา
ิ

• ธรรมชาติของสารตั้งต้ น
• ความเข้ มข้ นของสารตั้งต้ น
• พืนทีผวของสารตั้งต้ น
้ ่ ิ
• ความดัน
• อุณหภูมิ
• ตัวเร่ งปฏิกริยา
ิ


16

04/10/54

ิ
• ธรรมชาติของสารตั้งต้ น


ิ
•พืนทีผวของสารตั้งต้ น
้ ่ ิ

ตะปูเหล็กในแก๊สออกซิเจน ฝอยเหล็กในแก๊สออกซิเจน


17

04/10/54

ิ
•อุณหภูมิ


ิ
•สมการอาร์ เรเนียส
• ค่ าคงทีอตรา(k) แปรผันตามอุณหภูมิ
่ั
• k = Ae-Ea/RT

A = frequency factor
Ea = activation energy
R = gas constant
= 8.314 J/mol.K
T = อุณหภูมเิ คลวิน (K)

18

04/10/54

ิ
เขียนสมการอาร์เรเนียสในรู ปลอกการิ ทึม จะได้
Ln k = ln A – Ea/RT
log k = log A – Ea/2.303RT………(1)
ถ้าให้ k1 และ k2 เป็ นค่าคงที่อตราที่อุณหภูมิ T1 และ T2
ั
log k1 = log A – Ea/2.303 RT1 ……...(2)
log k2 = log A – Ea/2.303 RT2 ………(3)
(2)-(3): log k1/k2 = Ea/2.303 R(1/T2-1/T1)


ิ
log k = log A – Ea/2.303 RT
จากสมการหมายความว่า ถ้ าเขียนกราฟระหว่าง log k กับ 1/T
จะได้ กราฟเส้ นตรงทีมีความชัน = - Ea/2.303 R
่


19

04/10/54

ิ
ตัวอย่างโจทย์

กาหนดปฏิกริยาCH4(g) + 2S2(g)
ิ CS2(g) + H2(g) ที่
อุณหภูมิ 550 0C มีค่าคงทีอตราการเกิดปฏิกริยาเป็ น 1.1 mol/dm3.s
่ั ิ
และทีอุณหภูมิ 625
่ 0C ค่ าคงทีอตราการเกิดปฏิกริยาเป็ น 6.4
่ั ิ
mol/dm 3.s จงหาพลังงานก่ อกัมมันต์ Ea

กาหนด log5.81 = 0.764


ิ
•ตัวเร่ งปฏิกริยา(Catalyst)
ิ
ตัวเร่ งปฏิกริยา หมายถึงสารที่เปลียนความเร็วของปฏิกริยา โดยตัวเร่ ง
ิ ่ ิ
ปฏิกริยาจะไม่ เกิดการเปลียนแปลงทางเคมีอย่ างถาวรในปฏิกริยาเมือ
ิ ่ ิ ่
สิ้นสุ ดปฏิกริยาจะได้ ตวเร่ งปฏิกริยากลับคืนมา
ิ ั ิ
ตัวเร่ งปฏิกิริยาเอกพันธ์(Homogeneous catalyst) หมายถึงตัวเร่ งปฏิกิริยาที่มีวฏ ั
ภาคเดียวกันกับสารตั้งต้น
ตัวเร่ งปฏิกิริยาวิวิธภัณฑ์(Heterogeneous catalyst) หมายถึงตัวเร่ งปฏิกิริยาที่มีวฏ
ั
ภาคต่างจากสารตั้งต้น


20

04/10/54

ิ
ิ


ิ
ิ


21

04/10/54

ิ
ิ
ปฏิกริยาการสลาย HCOOH เป็ น CO และ H2O โดยใช้ H2SO4 เป็ นตัวเร่ งปฏิกริยา
ิ ิ


ิ
ิ


22

04/10/54

ิ
ิ

Ni
C2H4 + H2 C2H6


ิ
ิ

E+S ES E +P


23

04/10/54

ิ
ิ

E1
ปฏิกริยาที่ไม่มตวเร่ ง
ิ ี ั
E2 พลั Ea1
งงา
น พลั
ปฏิกริยาที่มตวเร่ ง
ิ ี ั
จล งงา
น์ น Ea2

E
จานวนโมเลกุล

การดาเนินไปของปฏิกริยา
ิ


ิ
•ตัวหน่ วงปฏิกริยา(Inhibitor)
ิ

ปฏิกริยาที่มตวหน่ วงปฏิกริยา
ิ ี ั ิ
Ea2
พลัง
งาน ปฏิกริยาที่ไม่มตวหน่ วงปฏิกริยา
ิ ี ั ิ
Ea1

E

การดาเนินไปของปฏิกริยา
ิ

• ตัวหน่วงปฏิกิริยา หมายถึงสารที่เติมลงไปในปฏิกิริยาแล้ว
ทาให้ปฏิกิริยาเคมีน้ นเกิดช้าลง
ั

24

04/10/54

ิ
•กฎอัตรา(Rate law)
กฎอัตรา คือสมการที่แสดงว่าอัตราการเกิดปฏิกิริยาขึ้นกับความ
เข้มข้นของสารตั้งต้นแต่ละชนิดอย่างไร ซึ่ งเขียนความสัมพันธ์
นี้ได้ตาม Law of mass action “อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเป็ น
สัดส่ วนโดยตรงกับสารตั้งต้นที่เข้าทาปฏิกิริยากัน”
aA + bB cC + dD
จากสมการเขียนกฎอัตราได้ดงนี้ ั
r  [A]x[B]y
r = k [A]x[B]y

ิ
•อันดับปฏิกริยา(Order of reaction)
ิ
• อันดับปฏิกิริยาเป็ นค่าตัวเลขใดๆ (x, y) อาจเป็ นเลขจานวนเต็ม หรื อเศษส่วนก็ได้
ซึ่งตัวเลขอันดับปฏิกิริยานี้ได้จากการทดลองหาอัตราการเกิดปฏิกิริยาเมื่อเปลี่ยน
ความเข้มข้นของสารตั้งต้นเท่านั้น
ปฏิกริยาเคมี
ิ กฎอัตรา อันดับปฏิกริยา
ิ
2HI H2 + I2 r = k[HI]0 0
CH3CHO CH4+CO r = k[CH3CHO]2 2
2NO + Br2 2NOBr r = k[NO]2[Br2] 3


25

04/10/54

ิ
•กราฟอันดับปฏิกริยา
ิ
อันดับ 0


ิ
ิ


26

04/10/54

ิ
ิ


ิ
•การคานวณเกียวกับกฎอัตรา
่
• จากปฏิกิริยา 2NO+O2 2NO2 ที่ 25C ได้ผลการทดลองดังตาราง จง
คานวณหากฎอัตรา อันดับปฏิกิริยา และค่าคงที่อตรา
ั
การทดลองที่ ความเข้ มข้ นเริ่มต้ น (mol.dm-3) อัตราเริ่มต้ นการเกิดNO2
NO O2 (mol.dm-3.s-1)
1 0.01 0.01 0.007
2 0.01 0.02 0.014
3 0.01 0.03 0.021
4 0.02 0.03 0.084


27

04/10/54

ิ
่

จากสมการเคมี 2NO + O2 2NO2
เขียนกฎอัตราได้ดงนี้ r = k[NO]x[O2]y …..(1)
ั
จากการทดลองที่3 และ 4 แทนค่าในสมการ(1) ไดดังนี้
0.021 = k[0.01]x[0.03]y …..(2)
0.084 = k[0.02]x[0.03]y …..(3)
(3)/(2), 4 = 2x
x=2

ิ
่

จากการทดลองที่1 และ 2 แทนค่าในสมการ(1)
0.007 = k[0.01]x[0.01]y …..(4)
0.014 = k[0.01]x[0.02]y …..(5)
(5)/(4), 2 = 2y , y=1
กฎอัตราของปฏิกิริยานี้คือ r = k[NO]2[O2]
อันดับของปฏิกิริยานี้คือ ปฏิกิริยาอันดับสาม
แทนค่า x,y ลงในสมการ(4), 0.007 = k[0.01]2[0.01]
k = 7.00x103 dm6.mol-2.s-1


28

อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

More from jirat266

More from jirat266 (16)

อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี